ECTS - University of Pisa
Il corso fornisce agli studenti le conoscenze di base relative ai sistemi di telecomunicazione, con particolare riferimento alla teoria della modulazione analogica e numerica, alle tecniche di accesso multiplo al canale, alla ricezione dei segnali in presenza di rumore e alle tecniche di equalizzazione per correggere le distorsioni dovute al canale. Le conoscenze acquisite consentono agli studenti di procedere alla modellizzazione e all'analisi di un sistema di telecomunicazione sia in banda base che in banda passante.
The course provides students with basic knowledge on telecommunication systems, with emphasis on analog and digital modulations, multiple access techniques, signal reception in the presence of noise and equalization methods to compensate for possible channel impairments. The acquired knowledge allows students to proceed to the modeling and analysis of telecommunications systems operating both at baseband or at radio frequency.
Ad inizio di ogni lezione, il docente farà un breve riepilogo degli argomenti trattati la volta precedente, rivolgendo domande al riguardo agli studenti presenti allo scopo di verificare le conoscenza acquisite.
At the beginning of each lesson, the teacher will provide a brief summary of the topics covered in the previous lesson, asking questions to the students on subjects treated in the previous lesson.
Al termine del corso, lo studente avrà siluppato le seguenti capacità:
1) Modellizzazione ed analisi di sistemi di comunicazione sia analogici che numerici, operaanti sia in banda base che in banda passante;
2) Confronto tra diversi sistemi di comunicazione in termini di efficienza spettrale ed efficienza energetica ;
3) Modellizzazione delle distorsioni introdotte dal canale sul segnale trasmesso;
4) Scelta della tecnica di trasmissione più adatta sulla base dei requisiti richiesti (velocità di informazione, probabilità di errore sul bit) e delle risorse disponibili (banda a disposizione e potenza disponibile)
At the end of the course, the student will acquire the following skills:
1) Modeling and analysis of analog and digital communication systems operating at baseband or at radiofrequency;
2) Comparison among different communication systems in terms of both spectral and power efficiency;
3) Modeling of channel distortions on the transmitted signal;
4) Selection of the best transmission technology to meet the system requirements (information speed, bit error probability) using the available resources (transmission bandwidth and power)
Le capacità acquisite dallo studente saranno verificate mediante esercizi che il docente con regolarità assegnerà agli studenti. La correzione di tali esercizi avverrà in aula durante la lezione successiva, in modo da fornire agli studenti gli strumenti per giudicare il loro livello di preparazione e sensibilizzarli a seguire il corso in maniera attiva.
The skills acquired by the student will be verified through exercises that the teacher will regularly assign to the students. The correction of these exercises will take place in the classroom during the subsequent lesson, in order to allow students to evaluate their level of preparation and giving them the capability of attending the course in an active way.
Gli studenti verranno sollecitati dal docente a partecipare attivamente alle lezioni in aula, proponendo loro stessi esercizi relativi all'analisi di sistemi di telecomunicazione che avranno reperito su testi e/o in rete e che abbiano trovato particolarmente interessanti e sfidanti. In questo modo, essi potranno acquisire e sviluppare una propria sensibilità nello studio di questa disciplina, insieme ad un adeguato rigore metodologico e scientifico.
Students will be invited by the teacher to actively participate to classroom lessons, proposing exercises related to the analysis of communication systems found on texts and/or on the web and that they have found particularly interesting and challenging. In this way, they will be able to acquire and develop their own sensibility in the study of this discipline, together with an adequate methodological and scientific rigor.
La verifica dei comportamenti avverrà in aula durante le lezioni frontali. In quell'occasione il docente potrà verificare la partecipazione attiva o meno degli studenti, anche attraverso domande a loro rivolte su temi specifici trattati durante la lezione precedente.
The assessment of the change in attitude of the students will take place in the classroom during the lectures. On that occasion, the teacher can verify the active or non-active participation of the students, also through questions on specific topics discussed during the previous lesson.
Si raccomanda allo studente una buona conoscenza dei principi di base della teoria dei segnali, con particolare riguardo all'analisi spettrale dei processi stocastici.
The student is advised to have a good knowledge of the basic principles of signal theory, particularly he/she must be familiar with spectral analysis of stocastic processes.
Il corso si svolge attraverso lezioni frontali con ausilio di materiale didattico fornito dal docente. Sul sito di elearning è possibile reperire informazioni e comunicazioni docente-studenti, così come esempi di prove di esame scritte proposte in appelli precedenti. Sono previsti regolari ricevimenti per gli studenti, da concordarsi con il docente mediante posta elettronica.
The course takes place through lectures with the help of materials provided by the teacher. On the elearning site, students can find information and communications from the teacher, as well as examples of written exam tests proposed in previous exams. There are regular receptions for students, to be arranged with the teacher by e-mail.
Il programma è suddiviso in quattro parti:
1) Teoria delle modulazioni analogiche
Le modulazioni AM e DSB: modello analitico del segnale e sua densità spettrale di potenza, struttura del modulatore e del demodulatore. Teoria dei segnali passa banda: inviluppo complesso, componenti in fase e quadratura, equivalente in banda base di un modulatore e di un demodulatore, equivalente in banda base di un filtro passa-banda, demodulatore I/Q ed architettura supereterodina. La modulazione SSB: modello analitico del segnale e sua densità spettrale di potenza, struttura del modulatore e del demodulatore. Effetto di un errore di frequenza e di fase nelle modulazioni DSB e SSB. La modulazione FM: modello analitico del segnale, struttura del modulatore e del demodulatore, discriminatore di frequenza, limitatore di ampiezza, filtri di pre-enfasi e di de-enfasi. Definizione del guadagno di demodulazione e prestazioni delle modulazioni AM, DSB, SSB e FM in termini di efficienza energetica. Confronto tra i vari formati di modulazione analogici. Caratterizzazione del rumore nei sistemi di comunicazione: densità spettrale di potenza disponibile e guadagno di potenza disponibile, temperatura equivalente di rumore e cifra di rumore di un quadripolo, formula di Friis. Temperatura equivalente di un antenna, banda equivalente di rumore.
2) Conversione analogico/digitale di un segnale
Tecnica PCM: quantizzazione uniforme e non uniforme, compressore ed espansore di dinamica, interpolazione dei campioni. Prestazioni di un sistema PCM: rumore di quantizzazione ed effetto degli errori introdotti dal canale di trasmissione. Curve di prestazione del sistema PCM.
3) Teoria delle modulazioni numeriche
La modulazione PAM: modello analitico del segnale e sua densità spettrale di potenza, struttura del modulatore e del demodulatore, condizione di Nyquist per l'eliminazione dell'interferenza intersimbolica (ISI), progetto dei filtri di trasmissione e di ricezione. Impulsi a coseno rialzato. Le modulazioni QAM e PSK: modello analitico del segnale e sua densità spettrale di potenza, struttura del modulatore e del demodulatore, effetto di un errore di fase nella ricostruzione della portante. Zone di decisione e calcolo della probabilità di errore. La tecnica CDMA per l'accesso multiplo al canale.
4) Tecniche di equalizzazione del canale
Modello del canale wireless: cammini multipli, banda di coerenza e tempo di coerenza. Modelli statistici di canale indoor, tipico urbano e hilly terrain. Equalizzatori lineari nel dominio del tempo. Criteri per il dimensionamento dei coefficienti di equalizzazione: Zero-Forcing e a minimo errore quadratico medio. Prestazioni delle tecniche di equalizzazione. La modulazione OFDM: l'idea della tecnica multiportante, modello del segnale OFDM, struttura del trasmettitore e del ricevitore. Equalizzazione del segnale OFDM nel dominio della frequenza. Stima di canale nei sistemi OFDM.
The program is divided into four parts:
1) Analog modulation theory
The AM and DSB modulations: signal model and power spectral density, modulator and demdoulator structures. Pass-band signal theory: complex envelope, in-phase and quadrature components, equivalent baseband model of a modulator and a demodulator, equivalent baseband model of a bandpass filter, the I/Q demodulator and the superheterodyne architecture. The SSB modulation: signal model and power spectral density, modulator and demodulator structure. Effect of a frequency and phase error on DSB and SSB modulations. The FM modulation: signal model, modulator and demodulator sturctures, frequency discriminator, amplitude limiter, pre-emphasis and de-emphasis filters. Demodulation gain and performance of AM, DSB, SSB and FM modulation techinques in terms of energy efficiency. Comparison between analog modulation formats. Noise characterization in communication systems: available power spectral density and available power gain, equivalent noise temperature and noise figure of a quadripole, Friis formula. Equivalent antenna temperature and equivalent noise bandwidth.
2) Analog-to-digital conversion
The PCM technique: uniform and non-uniform quantization, the companding technique, interpolation. Performance of a PCM system: quantization noise and effect of errors introduced by the transmission channel. Performance curves of the PCM system.
3) Numerical modulation theory
PAM modulation: signal model and power spectral density, modulator and demodulator structure, Nyquist condition for intersymbolic interference (ISI) mitigation, design of the transmission and receiver filters. Raised cosine shaping filters. The QAM and PSK modulations: signal model and power spectral density, modulator and demodulator structure, effect of a phase error in the carrier reconstruction. Decision zones and error probability evaluation. The CDMA multiple access technology
4) Channel equalization techniques
Wireless channel models: multi-path propagation, channel coherence bandwidth and channel coherence time. Statistical models for indoor, typical urban and hilly terrain channels. Time-domain linear equalizers. Criteria for the design of the equalization coefficients: Zero-Forcing and minimum mean square error. Performance of the equalization techniques. The OFDM modulation: the idea behind the multicarrier technology, OFDM signal model, transmitter and receiver structure. Frequency-domain equalization of the OFDM signal. Channel estimation in OFDM systems.
[1] A. N. D'Andrea, "Comunicazioni Elettriche", Edizioni ETS, Pisa, 2002.
[2] U. Mengali, M. Morelli, "Trasmissione Numerica", McGraw-Hill, 2001.
[3] L. W. Couch, "Digital and Analog Communication Systems", Prentice Hall, NJ, , 2002.
[4] S. Haykin, "Communication Systems", John Wiley & Sons, Inc. 200.
[1] A. N. D'Andrea, "Comunicazioni Elettriche", Edizioni ETS, Pisa, 2002.
[2] U. Mengali, M. Morelli, "Trasmissione Numerica", McGraw-Hill, 2001.
[3] L. W. Couch, "Digital and Analog Communication Systems", Prentice Hall, NJ, , 2002.
[4] S. Haykin, "Communication Systems", John Wiley & Sons, Inc. 200.
I temi affrontati nel corso sono ampiamenti trattati nei testi classici di comunicazioni elettriche e di comunicazioni numeriche, e quindi facilmente reperibili anche non frequentando le lezioni frontali. Per ogni chiarimento sugli argomenti del corso, è sempre possibile contattare il docente via posta elettronica chiedendo un appuntamento.
The topics of this course are broadly treated in the classical texts of Analog and Digital communication systems, and therefore they are easily accessible even for students who do not attend the lectures. For any clarification on the topics of the course, it is always possible to contact the teacher by e-mail in order to request an appointment.
L'esame è composto da una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta ha una durata di un'ora o un'ora e mezza, e si compone di un esercizio con due o tre domande relative all'analisi di un sistema di comunicazione analogico o numerico. La prova si svolge in un'aula normale e viene superata solo se lo studente acquisice un punteggio di almeno 16/30. Una volta superata, essa rimane valida per tutta la sessione di appelli corrente.
La prova orale verte sulla teoria delle modulazioni analogiche e digitali, sulla numerizzazione di un segnale analogico, sulle tecniche di equalizzazione del canale e su temi relativi al rumore nei sistemi di comunicazione. Lo studente sosterrà un colloquio con il docente, durante il quale verrà verificata la comprensione degli aspetti teorici dell'insegnamento da parte del candidato. Si potrà anche richiedere la risoluzione di problemi/esercizi scritti davanti al docente o in separata sede. La prova sarà superata solo se il candidato mostra di sapersi esprimere in modo chiaro e con la giusta terminologia, rispondendo correttamente almeno alle domande sugli argomenti basilari del corso.
La prova orale deve essere svolta nella stessa sessione della prova scritta, anche se in appelli diversi. La votazione finale si ottiene sulla base di una valutazione complessiva tra prova scritta e prova orale.
The assessment method consists of a written test and an oral test.
The written test is one hour or one and a half hour long, and consists of an exercise with two or three questions related to the analysis of an analog or numerical communication system. The test takes place in a normal classroom and is passed only if the student acquires a score of at least 16/30. Once passed, it remains valid throughout the current session of exams.
The oral test focuses on the theory of analog and digital modulation schemes, on the analog-to-digital conversion of a signal, on channel equalization techniques and on issues related to noise characterization in communication systems. The student will hold an interview with the teacher, during which the understanding of the theoretical aspects of the course from the student will be verified. Resolution of written problems / exercises in front of the teacher or in a separate location can also be part of the oral session. The test will be passed only if the candidate is able to express clearly and with the right terminology, responding correctly to at least questions on the basic fundamentals of the course.
The oral exam must be held in the same session of the written test, even if in different dates. The final grade is obtained on the basis of an overall assessment between written and oral exam.
Nessuno
None
Nessuna
None
